N'Abend zusammen, nach langer Zeit habe ich mir endlich mal wieder ein Elektronikprojekt aufgenommen. Es soll also ein Ladegerät werden. Erstmal nur für NiMH Akkus, aber je nach dem wie es klappt lässt sich das noch ausweiten. Geplant ist erstmal das gleichzeitige Laden von zwei Mignonzellen, da ich fast nur Geräte habe die zwei Zellen auf einmal brauchen (z.B. Telefon und GBA g). Ich habe Zellen mit 1200, 1800 und 2200mAh die ich gerne mit C/2 bis C/4 laden möchte, da NiMH Akkus das so am liebsten haben :) Zur Ladeschlusserkennung soll permanent die Spannung überwacht werden und die "schnelle" Ladung abgebrochen werden sobald die Zellenspannung nicht mehr steigt (also zurz vor der Überladung). Die letzten paar Minuten wird mit etwa C/40 weitergeladen. Soweit so gut. Ich habe nun leider nicht so wirklich Ahnung davon wie die Schaltung aussehen soll. Auf dem Gipfel der Ladekurve haben die Zellen eine Spannung von knapp 1,55V. Ich werde zwei Zellen gleichzeit in Reihe laden, macht dann etwa 3,1V. 3V kann ich von einem kleiner Schaltnetzteilplatine abgreifen die max. 3A liefert (wohl eher 2A). Aber dann habe ich ja noch keine Strombegrenzung. Diese soll nämlich per AVR einstellbar sein und muss während des Ladevorgangs überwacht und evt. korrigiert werden. Nur wie macht man das? Einfach einen MOSFET zwischen 3V Schaltregler und Akku löten den man über PWM ansteuert und das resultierende Rechtecksignal glättet? Oder auch nicht weil der Akku als riesengroßer Elko herhält... :) Wichtig ist jedenfalls dass ich sowohl die Spannung als auch den Strom sehr genau messen und den Strom nach Belieben im Bereich von sagen wir mal 100-1000mAh einstellen kann. Die Auflösung der Spannungsmessung sollte idealerweise bei etwa 1mV liegen. Mit dem internen 10Bit ADC des Mega32 kann ich das aber bei 3V vergessen. Ist aber auch nicht sooo schlimm. Ich muss nur eine sinnvolle Referenzspannung finden mit der sich gut rechnen lässt. Die internen 2,56V sind ja leider zu wenig. Den Strom könnte ich z.B. über einen 1Ohm Widerstand messen. Dafür würden auch 8Bit reichen denn das wäre ja immerhin schon eine Auflösung von ~11mAh pro Schritt und geplant sind Schrittweiten von 100mAh. Also... kurz zusammengefasst: Wie realisiere ich eine einfache Stromregelung im Bereich von 100-1000mAh (für den Einsatz in einem Akkuladegerät)?
Mit PWM brauchst du da nicht anfangen. Die Verlustleistung ist maximal (tiefentladene Akkus) 3V*1A=3Watt. Das lässt sich auch bei einer Linearregelung problemlos kühlen. PWM mit Glättung wäre da zu viel Aufwand. Wie willst du den Strom mit einem 10 Ohm Widerstand messen? Bei einem Strom von 1A ergibt sich ein Spannungsabfall von 10V, was bei 3V Versorgungsspannung natürlich nicht geht. Der Shunt muss auf jeden Fall viel kleiner werden.
Wer lesen kann.... :P Er hat 1 (in Worten Ein) Ohm geschrieben :) Deine 3V könnten aber trotzdem etwas knapp bemessen sein, schließlich brauchst du ja noch etwas Spielraum zum regeln. Ich hab gerade eine einfache Ladeschaltung gebaut wo ich den Ladestrom über ein Poti einstelle. Ein Operationsverstärker vergleicht dann den Spannungsabfall am Shunt (Widerstand zum Strommessen) und den Sollwert am Poti und steuert einen Transistor an, der dann den gewünschten Strom durchlässt. Du müsstest dann nur das Poti ersetzen damit du den Strom mit einem Mikrocontroller steuern kannst. Z.B. einen PWM Ausgang nehmen, glätten und mit Spannungsteiler auf den Bereich runterteilen der am Shunt abfällt. Damit müsstest du eine Auflösung von ein paar mA schaffen und die DA Wandlung könntest du dir eigentlich sparen, da du dann ja weißt wieviel am Shunt abfällt. Nämlich genauso viel, wie aus deinem PWM rauskommt, dafür sorgt der Operationsverstärker.
Die AD-Wandlung von dem Strom bei dem Shunt kann man sich nicht so einfach sparen, da die Akkus relativ bald die maximale Spannung von 3V erreichen und damit der Transistor voll durchgeschaltet wird. Der Strom ist dann niedriger, als der µC per PWM eingestellt hat. Auch ein Shunt von 1 Ohm ist bei 3V Eingangsspannung eindeutig zu viel, da bei einem Strom von 1A eine Spannung von 1V abfällt. Da müsste man entweder 0.1 Ohm verwenden oder gleich eine höhere Betriebsspannung wählen. Alternativ kann man die beiden Akkus auch getrennt laden. Der Microcontroller hat genug Anschlüsse, um mehrere unabhängige Ladeschaltungen zu betreiben. Das ist auch für die Akkus besser, da jeder Akku genau voll geladen wird.
"Zur Ladeschlusserkennung soll permanent die Spannung überwacht werden und die "schnelle" Ladung abgebrochen werden sobald die Zellenspannung nicht mehr steigt (also zurz vor der Überladung). Die letzten paar Minuten wird mit etwa C/40 weitergeladen." Meinst Du, dass funktioniert? Wenn ich mir die Ladekurve ansehe, wann steigt die Zellspannung nicht mehr? Kurz vor dem Delta-Peak, also warum verwendest Du den nicht? C/40 kannst Du dann als Erhaltungsladung trotzdem verwenden. Wenn die Akkus in Reihe geladen werden, sollten diese "formiert" werden, also vor der ersten Schnelladung (und auch mal zwischendurch) mit C/10 12..14h laden. Sonst kann es passieren, dass eine Zelle voll ist, die andere aber noch halblehr.
Danke für die guten Tipps! 1 Ohm als Shunt ist wohl doch ein bisschen viel gewesen... ich hatte nur gerade einen solchen Widerstand herumliegen und mit dem hab ich's dann mal schnell freiluftverdrahtungsmäßig getestet... ich habe auch noch 0,01Ohm Shunts aus Netzteilen... das is aber wohl ohne Verstärkung ein bissel wenig oder? Dann würden ja pro A gerade mal 10mV abfallen. (Ich kenn mich in der Messtechnik nicht wirklich aus, ihr merkt es g). Da fällt mir aber ein... hat der Mega32 nicht auch die Möglichkeit der Verstärkung des Signals das über die AD Ports reinkommt um den Faktor 10? Das könnte dann ja wieder Sinn machen. @Steffen: Meinst du damit dU/dt? Also die Ableitung der Spannung nach der Zeit? Das ist wohl das beste nur muss ich erst noch rausfinden wie ich das dem AVR unter C schonend beibringe g. Denn -dU möchte ich vermeiden da dort evt. während der Akku noch garnicht voll ist kurze negative Peaks als "Akku voll" falsch interpretiert werden könnten und wenn alles glatt läuft der Akku ja auch ein ganz kleines bisschen überladen wird (Sauerstoffansammlung an der Anode und dadurch Druck- und Temeraturanstieg). @wfischer: Wie funktioniert denn grob eine Stromregelung mit Transistor oder MOSFET+PWM (letzters wäre mir schon lieber weil ich auf dem Gebiet auch noch Erfahrung sammeln muss/möchte)? @wfischer: Einzelzellenladung... ja klar! Wär super! Nur verstehe ich eins noch nicht so ganz... Wenn ich einen einzigen Akku laden will brauche ich dann eine Spannungsquelle mit genau 1,55V? Was passiert wenn ich eine Einzelzelle mit 3V lade? Geht das auch wenn die Spannungsüberwachung korrekt arbeitet?
@wfischer: Deswegen meinte ich ja auch das eine etwas höhere Spannung daher trotzdem ganz gut wär. > Wenn ich einen einzigen Akku laden will > brauche ich dann eine Spannungsquelle mit genau 1,55V? Natürlich nicht, dafür is ja der Transistor da: Um die überflüssige Spannung zu verheizen.
"@Steffen: Meinst du damit dU/dt? Also die Ableitung der Spannung nach der Zeit? Das ist wohl das beste nur muss ich erst noch rausfinden wie ich das dem AVR unter C schonend beibringe g. Denn -dU möchte ich vermeiden da dort evt. während der Akku noch garnicht voll ist kurze negative Peaks als "Akku voll" falsch interpretiert werden könnten und wenn alles glatt läuft der Akku ja auch ein ganz kleines bisschen überladen wird (Sauerstoffansammlung an der Anode und dadurch Druck- und Temeraturanstieg)." Ja, genau das meine ich. Kurze negative Peaks müsste die Software natürlich ausblenden. Wenn Du absolut sicher sein willst, dass die Zellen nicht überladen werden, dann fällt mir nur CCS ein. Ob das aber wirklich das Nonplusultra ist, da streiten sich die Experten.
Also ich hab mich jetzt mal rangesetzt und die Sache mit der Stromregelung mal ausprobiert. Diese einfachsten Schaltungen habe ich in meiner Kindheit irgendwie nie so ausführlich aufgebaut oder es ist schon zu lange her g jedenfalls siehts jetzt so aus wie im Anhang. Ein uralter NiCd Akku muss für die Versuche herhalten. Den Saft bekommt die Steckbrettschaltung aus einem 7V Netzteil das max. 1,2A liefert (auch nur zum testen). Ein Mosfet (BUZ73) verdaut die überschüssig Spannung und über ein Poti am Gate habe ich einen Strom von 200mA eingestellt (über 1Ohm "Shunt" gemessen). Mehr als etwa 600mA bekomme ich aber nicht hin. Warum? In diesem Moment fallen am Akku 1,479V ab. Ich bin schon auf den Einbruch gespannt wenn er voll ist... Ach ja... die Bauteile habe ich nicht sorgfältig ausgewählt sondern das zusammengesteckt was als oberstes in der Bastelkiste lag g... ist ja auch alles nur ein Test. Also: Geht das theoretisch so oder bin ich komplett aufm Holzweg? Wie gesagt von solchen Dingen habe ich LEIDER nicht so viel Ahnung :(
Hab vergessen zu erwähnen dass der Mosfet trotz Kühlkörper spürbar warm wird. Ich schätze die Temeratur auf 35-40°C
Der von dir verwendetet FET brauch ca. 10V Gate Spannung um komplett durchzuschalten. wenn deine Schaltung nur 7V liefert, schaltet er nich richtig durch und es fällt immer nen Teil der Spannung am FET ab, daher kommst du nicht auf den vollen Strom. Lösung wäre ein Logik Level FET oder ein bipolarer PNP Transistor. Ansonsten is deine momentane Schaltung noch keine richtige Regelung da am Gate des FETs ne feste Spannung liegt und nichts was von der Akku-Spannung beeinflusst wird. Der Spannungseinbrauch am Akku, wenn er voll ist sind übrigens nur einige mV, also so deutliche Unterschiede wird man da nicht sehen denk ich.
Das war doch eh alles nur ein Test :) Aber ok. Der FET scheint nicht der beste für meinen Zweck zu sein. Dann besorge ich mir wohl besser einen FET oder Transistor der bei 5V voll durchschaltet. Das das natürlich keine Regelung ist weiß ich ja, es kam mir nur darauf an zu sehen wie man den Strom in meinem Fall regeln kann. Das klingt trivial aber soooo klar es mir nicht gewesen dass ich mit einem Transistor und einer variablen Spannung am Gate den Stromfluss einstellen kann g Naja und was mir noch aufgefallen ist: Beim Laden habe ich mit dem AVR wieder mitgemessen (parallel zum Multimeter) und habe festgestellt dass das Messsignal EXTREM verrauscht ist. Es schwankt im Bereich von etwa 15mV was natürlich für eine Ladeschlusserkennung katastrophal ist. Liegt wohl an der hügeligen Spannungsquelle???
Hallo Ich bin neu hier in diesem Forum. Ich wollte nur mal fragen ob jemand eine Ladeschaltung weis für einen 3,6V AKku. Ich habe zwar schon Schaltungen gefunden nur sind diese viel zu "groß" und können mehr als ich wirklich benötige. Ich brauche diese nämlich für mein Projekt das Solarkennlinienmessgerät. Dieses soll sehr klein gehalten werden und somit sind mir meine derzeit bekannten Schaltungen viel zu groß. 2. "Problem" Es soll über USB geladen werden und somit sehen wir nur 5V für die Ladeschaltung zu verfügung. Vielleicht hat jemand eine Idee von euch die besser sind als die Meinigen? Mfg Easman
Im letzten Heft des "Funkamateur" ist eine Schaltung mit ATMega8 drin, die fast genau das macht was der Fragesteller will. Mit C-Sourcen und Hinweisen zum Anpassen an andere Spannungen und Zellen. Abschaltung über Delta-U. Schönes Projekt, klein und übersichtlich. Blackbird
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